[发明专利]一种双弹性杆自动收拢结构的仿真分析方法

权利要求书

1.一种双弹性杆自动收拢结构的仿真分析方法，双弹性杆受到驱动载荷作用的整个缠绕工作过程如下:双弹性杆的初始展开状态是圆弧状，通过中心卷筒压片的压平，实现弹性杆连接到卷筒之上；卷筒带动弹性杆向内转动缠绕，受到挡圈对轴向位移的约束，依次通过外部导向轮和外导槽，双弹性杆实现交替缠绕；其特征在于整个缠绕过程的仿真过程，包括以下步骤:

(1)几何模型简化：

整个双弹性杆缠绕的几何模型简化为以下部件：第一弹性杆、第二弹性杆、导槽、挡圈、外部导向轮和卷筒；

(2)分析步确定：

①拉扁：弹性杆前端划分出用于连接部分的截面，该区域施加对向的位移边界条件，使其完全成扁平状；

②缠绕：卷筒施加恒定的转动速度，弹性杆经过外部导槽和周向分布的导轮逐渐运动，实现匀速的缠绕过程；

(3)确定各部件相互作用：

双弹性杆通过卷筒压片实现与卷筒的连接，外部导槽和周向分布的导轮实现对弹性杆周向的限制，挡圈实现弹性杆轴向的约束；

在弹性杆拉扁和缠绕的过程中，模型的各部件相互之间都存在接触和摩擦的情况；接触属性的切向属性设置为罚约束，其根据实际的接触情况定义罚系数，法向属性设置为硬接触；不同的部件之间定义不同的面对面接触，采用有限滑移的方法作用于各分析步；

采用运动耦合约束建立弹性杆扁平一端与参考点的相互作用，使扁平段所有节点转动自由度和参考点进行自由度耦合；弹性杆参考点与卷筒参考点之间建立铰链连接截面，实现卷筒对弹性杆的连接控制；

对外部导轮、导槽和挡圈施加刚体约束；刚体的运动完全取决于其控制点的运动，并且各导向机构和卷筒作为考虑接触过程中的接触主面；

弹性杆端部水平段与卷筒使用绑定连接的相互作用，用来模拟两部件之间实际的连接关系；

(4)边界条件施加:

在拉扁过程的分析步中，弹性杆端部截面两侧施加方向相反的位移，使圆弧面弹性变形直至完全成为扁平状；随着载荷的施加过程，弹性杆与卷筒的接触面逐渐增大；在缠绕过程的分析步中，卷筒只施加轴向的均匀角速度，其余各自由度完全约束；

在整个拉扁和缠绕过程的分析步中，周向导向轮、导槽和挡圈固定不动，对其六个自由度实现完全约束；

(5)网格划分:

采用S4R壳单元建立弹性杆有限元模型；

(6)有限元分析求解:

涉及多体连接缠绕过程中发生的弹性杆大变形问题，采用显示动力法进行求解计算，用于模拟复杂的几何非线性情况；

(7)计算结果评估与修正:

结合缠绕过程的力学知识，对有限元仿真计算结果的应力和能量进行评价及误差分析，若仿真结果出现不收敛，则重新确定分析步、各部件相互作用以及边界条件的施加。